[CBC뉴스] 양자컴퓨팅 기업 아이온큐(IonQ·NYSE: IONQ)가 내결함성 양자컴퓨팅 구현을 위한 핵심 기술에서 새로운 이정표를 세웠다. 일반 상용 중앙처리장치(CPU) 하나만으로 작동하는 업계 최초의 엔드투엔드 실시간 양자 오류 정정 디코더를 개발하고 테스트하는 데 성공했다고 밝혔다.

양자 오류 정정은 실용적인 내결함성 양자컴퓨터를 구현하기 위한 핵심 기술로 꼽힌다. 물리적 큐비트가 주변 환경의 잡음에 민감하기 때문에 연산 과정에서 발생하는 오류를 빠르게 찾아내고 수정해야 하기 때문이다.

그동안에는 이 같은 오류를 실시간으로 처리하는 과정 자체가 상당한 컴퓨팅 부담으로 작용했다. 오류를 해독하는 기존 방식에서는 고전 컴퓨터의 처리 능력이 한계에 부딪힐 수 있고, 이 경우 양자컴퓨터가 처리를 기다리면서 연산을 멈추는 병목 현상이 발생할 수 있다.

아이온큐는 이번 기술을 통해 일반적인 컴퓨터 프로세서 한 개만으로도 복잡한 오류 정정 작업을 지속적으로 처리할 수 있다는 점을 입증했다고 설명했다. 양자 시스템의 연산 속도를 유지하면서 백그라운드에서 실시간 오류 정정 작업을 수행할 수 있다는 의미다.

논문 공동 저자이자 아이온큐 양자 연구 책임자인 니콜라스 델포스(Nicolas Delfosse)는 “수백 개의 논리 큐비트와 수백만 건의 논리 연산에 걸쳐 실시간 디코딩을 성공적으로 검증한 것은 중요한 이정표”라고 밝혔다.

이어 “특히 디코더가 단일 CPU에서 작동한다는 점은 상업적 규모의 내결함성 양자컴퓨팅으로 나아갈 수 있는 실질적인 경로를 제시한다”고 강조했다.

아이온큐가 아카이브(arXiv)에 공개한 기술 연구에 따르면 회사는 최대 88개의 메모리 블록과 매직 스테이트 팩토리(magic state factory)에 걸쳐 408개의 논리 큐비트를 시뮬레이션하는 복잡한 벤치마크 회로를 대상으로 듀얼 디코더 아키텍처를 평가했다.

해당 회로에서는 ‘메가큐옵(MegaQuOp)’ 규모로 3150만 건이 넘는 개별 양자 연산이 실행됐다.

특히 표준적인 작동 잡음 환경에서 아이온큐의 디코더가 추가한 ‘스트레치(stretch)’ 시간은 최소 0.02%에 그친 것으로 나타났다. 오류를 해독하는 과정에서 발생하는 추가 처리 부담이 전체 양자 연산 시간에 사실상 거의 영향을 주지 않았다는 게 회사 측 설명이다.

아이온큐 아키텍처 부문 부사장 존 갬블(John Gamble)은 “아이온큐는 각각의 구성 요소를 직접 검증함으로써 비용 효율적으로 양자 시스템을 확장할 수 있도록 하고 있다”고 말했다.

그는 “이 같은 실증적 결과는 문제 해결에 걸리는 시간과 비용, 에너지 효율성을 핵심 기준으로 삼는 아이온큐의 내결함성 양자컴퓨팅 비전을 뒷받침한다”고 설명했다.

이번 성과는 아이온큐가 독자적으로 개발 중인 ‘워킹 캣(Walking Cat)’ 아키텍처의 핵심 기술 가운데 하나를 검증했다는 의미도 갖는다.

특히 양자 시스템의 논리 큐비트 수가 늘어나고 연산 규모가 복잡해지더라도 이를 지원하는 고전 컴퓨팅 하드웨어의 처리 부담이 기하급수적으로 증가할 필요가 없다는 가능성을 보여줬다는 설명이다.

아이온큐는 이번 기술이 256개 이상의 물리적 큐비트를 넘어 수천 개의 큐비트를 제어하는 산업용 양자컴퓨팅 플랫폼으로 확장하기 위한 핵심 기술적 기반이 될 것으로 보고 있다.

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▮ CBC뉴스ㅣCBCNEWS 권오성 기자